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2022年05月19日 来源:百道网
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【百道编按】《现代天文学与诺贝尔奖》梳理获得诺贝尔奖的19个天文项目,回顾20世纪前70年的8个重大天文学成就,介绍了这些璀璨成果诞生的故事,读者可一览现代天文学发展的脉络和那些杰出天文学家的迷人风采。作者更在书末总结我国天文学发展的现状,回答诺贝尔奖离我们有多远的问题。
《现代天文学与诺贝尔奖》
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出版社:上海科技教育出版社
作者:吴鑫基 著
出版时间:2021年12月
2022年5月12日21:00,事件视界望远镜(Event Horizon Telescope,简称EHT)项目发布了银河系中心黑洞(Sagittarius A*,简称Sgr A*)的首张照片——又是一个甜甜圈。
Credit: EHT Collaboration
根据这张图像,测得Sgr A*的阴影大小为50微角秒,再结合广义相对论的计算,可以得出Sgr A*的质量为400万倍太阳质量。这是银河系中心存在超大质量黑洞的直接证据,而为了探究银河系中心的奥秘,天文学家已经奋斗了近三十年。从围绕Sgr A*的恒星S2的发现,到对S2的持续观测确认超大质量黑洞的存在,还有射电观测确认Sgr A*大小与黑洞理论大小相当,我们终于一步一步揭开了银河系中心的神秘面纱。
20世纪90年代开始就有天文学家在近红外波段观测以Sgr A*为中心的区域,看到了许多恒星。其中有11颗在绕着Sgr A*运行,按照离Sgr A*的距离分别命名为S2、S3、S4……
美国和德国的两个研究组分别由盖兹和根策尔领导,他们特别关注恒星S2,想尽办法提高观测精度,目的是判断S2所围绕的Sgr A*是不是一个超大质量黑洞。
2010年,两个小组已经积累了18年的银河系中心恒星观测资料。观测数据来自凯克望远镜(美国小组)、VLT和NTT(德国小组)。两个小组的观测结果相当一致,给出恒星S2在太空的位置、运行轨道、16年的轨道周期和S2在轨道上不同位置上的径向速度。他们还多次观测到黑洞吸积物质时发出的强烈耀斑辐射。
根据这些观测数据,他们得到的结论是:恒星S2是在围绕一个400万倍太阳质量的黑洞运行,银河系中心确实存在一个超大质量黑洞。
观测研究还在继续进行,到2018年又达到新的高峰,获得恒星S2更加精确的位置和径向速度。特别是增加了观测恒星S2的引力红移项目,又增加一个强有力的证据。因为这个成果,盖兹和根策尔获得了2020年的诺贝尔物理学奖。
使用1992年到2018年期间共26年的观测数据,得到恒星S2的运行轨道图
此外,对Sgr A*的高分辨率射电观测也是必须的。既然怀疑Sgr A*的射电辐射电辐射来自超大质量黑洞的吸积盘,那么它的尺度只能比黑洞视界大一些。
2002年11月,上海天文台沈志强团队获得了第一张波长为3.5毫米的高分辨率VLBI图像(就是事件视界望远镜使用的技术),首次揭示其椭圆状视结构,推测出Sgr A*沿东西方向的固有大小在一个天文单位(地球到太阳的距离)以内,只比这个黑洞的理论事件视界大13倍,比这个黑洞的阴影大2.6倍。这为Sgr A*是银河中心超大质量黑洞提供了有力的证据。
对银河系中心黑洞的进一步观测有待VLBI观测波长的进一步缩短。而昨天事件视界望远镜公布的结果——1.3毫米波长下的银河系中心黑洞照片正是我们目前可以得到的最清晰的影像,它将向我们揭示更多有关黑洞和引力的奥秘。
银河系的奥秘还有很多,不止Sgr A*这个超大质量黑洞,还有几万光年尺度大小的费米气泡和喷流,还有成千上万的恒星级黑洞……想知道更多关于银河系的故事,欢迎翻开北京大学吴鑫基教授的新书《现代天文学与诺贝尔奖》。
(本文原载于:上海科技教育出版社公众号)
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